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腐蚀对材料剪切行为的影响

经过Nemanja Pavlovic
出版日期:2020年7月2日
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腐蚀会大大降低建筑材料的抗剪强度。在设计和维护可能或已经遭受腐蚀损坏的结构时,应始终小心。

资料来源:kiosk88 / dreamstime.com

剪切力量是类似于极限抗拉强度(UTS),关键区别在于应变作用的平面。它仍然是应力的函数,但拉紧平行于图元(或横截面)的面,而对于拉伸应变本质上,我们有两个相对滑动的表面,而不是被拉开或压缩。

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剪切应变、应力和强度的简要概述

不像压缩的抗拉强度,这是相当简单的概念,剪切变形这在数学上更难定义。工程剪应变由变形角γ定义xy,表示两个可能方向上相关面位移的角度α和β之和。

图1。与材料剪切行为相关的工程应变。

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图1。工程应变。

在图像中所示的情况下,角度α和β分别示出了线AB和AC的位置的相对变化。

γxy= α + β

当以姿势格式开发的时候,这是定义应变的必要格式,所得到的矩阵是相当复杂的,并且它需要所有方向上的γ值。但是,我们可以使用关系来计算剪切应力:

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τ=γg.

其中G是a剪切模量材料。

即使使用简单的方程,由于应变的性质,在没有实验结果的情况下,我们也很难从现实世界中获得所需的参数。幸运的是,我们仍然可以找到抗剪强度结果表明,对于大多数现代建筑材料,剪切强度和拉伸强度之间的关系是相当线性的;因此,我们可以跳过几个步骤,直接使用大致的估计值来估计剪切强度,该值范围在大多数建筑材料的拉伸强度值的0.65到1.3之间肌萎缩侧索硬化症。

根据经验,韧性像铝这样的材料在剪切时更容易失效(铝的剪切强度是其UTS的0.65),而易碎的材料往往在张力下失效。

腐蚀对钢筋抗剪强度的影响

土木工程师目前面临的主要问题之一是混凝土的腐蚀钢筋发现于几乎所有老化的结构中,桥梁是最有问题的案例之一。(更多关于桥梁和其他基础设施面临的挑战,请参见公共机构的防腐工作还有很多需要改进的地方)很自然,这也是为什么大多数测试都是在从样品中提取的样品上进行的原因之一钢筋

虽然在确定腐蚀程度和材料抗拉强度之间的关系方面已经做了一些工作,但直到最近才专门进行了实验,以确定腐蚀对钢筋和钢纤维剪切强度的影响。

钢筋在混凝土中的主要作用之一是增加梁的抗剪强度,因此,最近的抗剪强度测试自然适用于钢筋或钢纤维用于加固混凝土构件或结构的情况。

Waweru撰写的一篇论文显示了腐蚀对钢筋纤维而非钢筋剪切强度的影响。在进行的实验中,几个要点变得显而易见:

  • 从这个和其他实验和研究中,显而易见的是,钢纤维增加了混凝土构件的剪切强度。
  • 如果单个纤维遭受的腐蚀小于最小直径的12.5%,则对梁抗剪承载力的影响可忽略不计。
  • 由于该研究专注于裂缝附近或表面附近腐蚀的试样,因此假设这种腐蚀构件的行为具有与非腐蚀样品相同的性能是安全的。
  • 如果允许腐蚀进一步起作用并将钢纤维的直径降低50%,则可以感受到剪切容量的影响,以24%的剪切强度降低。然而,这种腐蚀的极端情况非常不太可能在真实的世界案例中发生,其中表面和近裂纹腐蚀通常发生。
  • 从研究中的另一种结论是,对于有限的腐蚀,钢纤维和混凝土基质之间存在增加的粘合和摩擦,由表面的腐蚀引起。然而,在较高水平的腐蚀中,随着腐蚀的腐蚀均匀,这些局部坑导致纤维几何形状的变化,效果呈效果,并且可以导致纤维的破裂。这种不均匀的腐蚀被认为是材料的强度和延展性显着降低的原因。(有关此主题的更多信息,请参阅文章腐蚀对材料抗拉强度和延展性的影响).
  • 试验结果表明,在相同腐蚀水平下,韧性和延展性的降低幅度大于剪切强度。

尽管如此,钢纤维的这些结果可能并不具有代表性,因为与更普通的钢筋混凝土相比,纤维混凝土的应用并不广泛。

通过比较,由人体,埃尔的说法和Soudki进行的实验表明,当标本是重型时,观察到纯粹强度的减少更大。在他们的实验中,他们发现:

  • 腐蚀导致箍筋中质量损失相对均匀,但试样之间的损失差异很大。
  • 所有标本均显示出腐蚀开裂和与混凝土盖的接触损失的迹象。
  • 最重要的是,它们的结果表明,所有标本都显示出剪切强度的降低至53%,具有最低剪切跨度与深度比的标本,显示出最大的减少。
  • 剪切跨度与1.5和2.0的剪切跨度比为1.5和2.0的梁的对角线裂缝进行略微减少,但腐蚀的搅拌器不太能够保持裂缝繁殖之后裂纹萌生

虽然腐蚀的影响根据所讨论的元素的类型而变化,但它是嵌合的腐蚀可能会大大降低材料的剪切强度,在设计和维护可能或已经遭受腐蚀损坏的结构时,应始终小心。

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巴甫洛维奇的个人资料图片
Nemanja是一名机械工程师,拥有理学学士学位。冰发动机学位。他目前正在攻读硕士学位。在焊接工程领域,他的科学工作主要集中在HSLA钢结构焊接接头的质量控制和设计。他为他的大学写了许多论文,其中一些是关于焊接接头的腐蚀问题。

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